19世纪随着实验生理学的发展，医学家开始采用实验生理学的方法来研究药物的化学成分、性质、药理作用等。意大利博物学家、生理学家丰塔纳（F.Fontana，1730-1805）曾对千余种天然药物做过实验研究，认为天然药物中的活性成分可以通过作用于身体的某个部位而发生作用，并最早发现鸦片能抑制肠道的兴奋性。丰塔纳的这一论点为德国化学家塞特勒（F.W.Sertürner，1783-1841）首次从罂粟中分离出可以止痛和催眠的物质所证实，塞特勒还以希腊梦之神Morpheus的名字将该物质命名为吗啡（morphium，1806）。吗啡是第一个从植物中分离出的植物碱基。因此，塞特勒被誉为分离医用植物或草药有效成分的第一人。随后，科学家陆续从吐根中提取出吐根素（现名吐根碱）（1817），从马钱子中提取出士的宁（1818），从金鸡纳皮中提取出奎宁（1819），从咖啡中提取出咖啡因（1821）。用化学方法提取植物药的有效成分，成为19世纪末20世纪初药理研究的重要内容。此外，医学家也开始通过实验研究药物对身体各器官的作用，如法国生理学家马让迪（F.Magendie，1783-1855）确定了盐酸士的宁引起肌肉僵直的作用部位在脊髓（1819），贝尔纳（C.Bernard，1813-1878）确定了筒箭毒碱松弛骨骼肌的作用点在神经肌肉接头（1856），对药物的作用及作用部位的研究取得了一系列成果。这些研究不仅将临床药物治疗建立在实验科学的基础之上，而且也为从传统植物药中研发新药物提供了借鉴。19世纪末20世纪初来华的传教士医生大多接受过实验科学的训练，有些医生在行医之余，对中国传统的医药知识和诊疗技术产生了兴趣，并开始研究中医药问题。有些传教士医生深居内陆，远离水陆交通，开业行医面临医疗物资运送不便、费用昂贵的困难。对于他们来说，使用当地的天然药物更为便利。他们所知的一些天然植物药在中国也随处可见，如樟脑、辣椒、肉桂、小豆蔻、肉豆蔻、丁香、高良姜、龙胆、硫黄、甘草、儿茶、鸦片、马钱子、大黄、明矾、硼砂等。而且，使用当地的天然药物比从西方运来更为便宜。一本由师图尔（A.Stuart，1859-1911）和史密斯（P.Smith，1833-1888）编撰的《中国本草》（Chinese Materia Medica：Vegetable Kingdom，1911），该书不仅收录了上千种药物，还同时记载了丸、散、膏、丹等各类剂型及主要用法等，为传教士医生使用天然药物提供了重要的帮助。20世纪初期，随着医学留学生的回国，中国学者也开始用现代科学的方法来研究传统医药的药理机制与临床价值，近代对中药物的科学研究大致可分为三个阶段，而在这三个阶段里北京协和医学院都有其独特的贡献。